DE1463641A1

DE1463641A1 - Regelschaltungsanordnung fuer einen Reihenschlussmotor

Info

Publication number: DE1463641A1
Application number: DE19641463641
Authority: DE
Inventors: Jackson Alfred L; Fay James P
Original assignee: IVAN SORVALL Inc
Current assignee: IVAN SORVALL Inc
Priority date: 1963-09-23
Filing date: 1964-09-23
Publication date: 1969-08-07
Also published as: US3262040A; GB1079525A

Description

Anlage Akl.ni.ldi.n P 14 6^ 64-1.0

zur Eingab· vom 9· September 1968 Sch. Nanwd.Anm. Ivan Sorvall, Inc.

Rege!schaltungsanordnung für einen Reihenschlußmotor.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltungsanordnung mit geschlossener Rückkopplungsschleife für elektrische Motore, die sich durch ihre Fähigkeit kennzeichnet, den Motor in kürzester Zeit vom Ruhezustand auf Geschwindigkeit zu bringen.

Die Erfindung ist besonders anwendbar bei einer Zentrifugenmotorregelung, wobei ein Reihenmotor mit Universalbürste verwendet wird, dessen Drehzahl durch die zugeführte effektive Spannung geregelt wird.

Im Stand der Technik auf dem Gebiet der Zentrifugenmotorregelung ist es-allgemein üblich, die Drehzahl eines solchen Zentrifugenmotors dadurch zu regeln, daß man die zugeführte Spannung mit einem Regeltransformator, einem Regelwiderstand oder einer sättigungsfähigen Drossel auf den der gewünschten Drehzahl entsprechenden Wert einstellt. Das heißt, falls die gewünschte Enddrehzahl niedrig liegt, wird der Motor mit der tiefen bekannten Spannung angelassen, bei der der Motor mit seiner Gegen-EMK ins Gleichgewicht kommt. Dieses Verfahren führt jedoch bei niedrigen ausgewählten Geschwindigkeiten zu langen Anlaufzeiten, die der Motor benötigt, um auf Geschwindigkeit zu kommen. Dies liegt daran, daß das 3tart-

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Unterlagen (Art. ί a ι mus. λ ■«. ι *>αα ά μ«β Änderupflsg·«. ν. 4.9. ΐ! 3 67/''

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Drehmoment bei sinkender Endgeschwindigkeit ebenfalls abfällt.

Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Mangel und erreicht andere erwünschte Aufgaben, indem eine Regelschaltungsanordnung ausgebildet wird, bei der vom Start an das maximale Motordrehmoment zugeführt wird bis ein von einem Tachometer erzeugtes Rückkopplungssignal anzeigt, daß sich der Motor der gewünschten iündgeschwindigkeit nähert. An dieser Stelle übernimmt das Tachometersignal die Regelung der Motorspannung, indem der durchschnittliche Sättigungsstrom herabgesetzt wird, der durch eine mit dem Motor in Reihe liegende sättigungsfähige Regeldrossel fließt. Dieser Strom iät proportional zu der Abweichung der Ist-Drehzahl von der 3oll-Drehzahl. Aus diesem Grunde läuft die Zentrifuge sehr schnell bei vollem Drehmoment auf Geschwindigkeit hoch und wird anschließend äußerst genau auf Soll-Geschwindigkeit gehalten.

Erfindungsgemäß stellt die Differenz zwischen der gleichgerichteten Tachometerspannung und einer Bezug3spannung, mit der die Drehzahl gewählt wird und die mit einer Zenerdiode stabilisiert ist, das Fehlersignal dar, das den Bruchteil einer Periode festlegt, während der ein Thyratron oder ein mit Wechselstrom erregter Regelgleichrichter leitet. Der entstehende pulsierende Gleichstrom wird geglättet und als Bättigungs-Steuerstrom einer sättigungsfähigen Drossel zugeleitet, die die Spannung begrenzt, die dem Zentrifugenmotor von der Netzversorgung, zugeführt wird. -

Sowohl bei Stillstand als auch bei Anlaufen des Motor's bestimmt somit die voreingestellte Bezugsspannung, wann .der Regelgleichrichter oder das Thyratron während jeder Halbwelle einer Periode zün-

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det. Dieser maximale durchschnittliche Sättigungsstrom senkt die Impedanz der sättigungsfähigen Drossel auf einen niedrigen Wert, so daß der Motor maximale Erregung erhält. Dieser Zustand dauert während einer sehr schnellen Besehleunigungsphase an,, bis sich die Motordrehzahl dem voreingestellten Wert der Bezugsspannung nähert. Sobald die gleichgerichtete Tachometerspannung in etwa der BezugsSpannung gleicht, zündet der Regelgleichrichter oder das Thyratron später in jeder Periode. Dadurch wird der in der Drossel fließende durchschnittliche Sättigungsstrom herabgesetzt, so daß deren Impedanz ansteigt und damit die dem Zentrifugenmotor zugeführte Spannung absinkt.

Auf diese Weise stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein und der Motor läuft auf konstanter Geschwindigkeit.

Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt in einer zuverlässigen Regelung für die Motordrehzahl, die weiter zuläßt, daß der Motor bei maximaler Beschleunigung in minimaler Zeit auf Geschwindigkeit hochläuft.

Eine weitere Aufgabe liegt in der Ausbildung einer Drehzahlregelung, die ihre Genauigkeit und Stabilität auch bei starken Schwankungen der Netzversorgung beibehält.

Eine weitere Aufgabe liegt in der Ausbildung eines schnell anlaufenden Geschwindigkeits-Regelmo-iuls, der sich leicht in eine bereits vorhandene langsam anlaufende Zentrifungenreglung einbauen läßt.

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Bekannt ist eine RegeIschaltungsanordnung, bei der eine eine Steuerwicklung aufweisende sättigungsfähige Drossel mit dem Motor in Reihe und an Netzspannung liegt, mit einem an den Motor angeschlossenen Tachogenerator, mit ei-ner eine einstellbare Bezugsspannung liefernden Bezugsspannungsschätung und mit auf die Differenz zwischen der Tachogeneratorspannung und der Bezugsspannung ansprechenden Steuermitteln, deren Ausgangsspannung als Regelspannung der Steuerwicklung der Drossel zugeführt wird.

Ausgehend von dieser bekannten Regelschaltungsanordnung liegt der Erfindung die spezielle Auf^gbe zugrunde, diese Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß sie einen Drehzahlbereich von 600 bis 20000 n/min., abdeckt. Dabei ist es wichtig, daß der Motor auch von kleinen Drehzahlen aus mit maximalem Drehmoment hochfahren kann.

Die gestellte Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Bezugs spannung ssen al tu ng eine erste und eine zweite Zenerdiode enthält, die Zermlioden über Reihenwiderstände mit verschiedener Durchlaßrichtung an einer gleichgerichteten Spannung liegen, zwischen den Verbindungspunkten der Zenerdioden und den Reihenwiderständen ein Potentiometer liegt, die von dessen Schleifer abgreifbare stabilisierte Bezugsspannung mit der Tachogeneratorausgangsspannung addiert und diese Summenspannung dem Steuermittel zugeführt wird.

Diese erfindungsgemäße. Regelschaltungsanordnung mit der genannten Ausbildung der Bezugsspannungsschaltung bringt insbesondere bei Zentrifugenmotoren große Vorteile. Bei diesen Motoren müssen die mechanische Belastung, die Beschleunigung, die drehzahl und das Ab·

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bremsen beachtet und aufeinander abgestimmt werden können'. erwünschte große Drehzahlbereich ergibt sich dabei dadurch, daß im Unterschied zum Stand der Technik zwei Zenerdioden verwendet werden, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung an den positiven und den negativen PeIZ einer Bezugsspannungsquelle anschließbar sind. Hieraus ergibt sich auch die Möglichkeit, den geregelten Motor immer mit maximalem Drehmoment und maximaler Beschleunigung hochzufahren. Dies ist nur möglich, da sich das Steuermittel erfindungsgemäß mit einer Vorspannung beaufschlagen läßt, die sowohl positiv wie'auch negativ sein kann.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß das Steuermittel ein Thyratron ist.

Vielter sieht die Erfindung vor, daß ein Kondensator über der Steuerwicklung der sättigungsfähigen Drossel Hegt.

Bei Verwendung eines Thyratrons als Steuermittel sieht die Erfindung vor, in den Gitteranschluß des Thyratrons einen Widerstand einzuschalten, der eine durch den Gitterstrom bedingte positive Vor-.spannung erzeugt.

Als alternative Lösung schlägt die Erfindung vor, daß das Steuermittel ein gesteuerter Gleichrichter ist.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Schaltungsanordnung wird die Erfindung im folgenden weiter erläutert. In der Zeichnung., ist: ^]

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Fig. 1 ein schematisiertes Schaltbild der bevorzugten Ausführung der Erfindung, in deren Anwendung auf die Regelung eines Zentrifugenmotors,

Fig. 2 ein schematisiertes Schaltbild der Rückkopplung mit einem Thyratron, das in Fig. 1 in dem Viereck angedeutet ist,

Fig. 3 eine Darstellung des KurvenVerlaufs der dem Thyratron zugeführten Spannung, ivobei die Zündverzögerung gezeigt wird, wenn sich das Tachometersignal der Bezugsspannung annähert,

Fig. 4 die Darstellung einer Kurvenschar, die die Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Zeit bei einem konventionell geregelten Zentrifugenmotor bei verschiedenen Soll-Geschwindigkeiten zeigt,

Fig. 5 ^ine Darstellung, die den Verlauf der Drehzahl über der Zeit für einen erfindungsgemäß geregelten Motor zeigt, und

Fig. 6 ein schematisiertes Schaltbild eirvar Rückkopplung, bei der Festkörperelemente verwandt v/erden.

Fig. 1 zeigt in der linken, oberen Ecke die Metzklemmen 11 und 11. An diesen Klemmen liegen z.B. 220 öder 115 Volt bei einer Frequenz von 60 Hz. An die Klemme 1 1 ist eine Hauptleitung 1j5 angeschlossen, die den im folgenden beschriebenen Starkstrom- und Schwachs tr orakreisen gemeinsam ist. Über eine Leitung .14 ist

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ein Handsohalter SI an eine Klemme 12 angeschlossen. Oer Kontakt 16 des Schalters schließt die Kontakte 17 - 17. Hierdurch wird der Starkstromeingang an eine Hauptverteilerleitung 18 angeschlossen. Hier liegen z.B. 220 Volt. Der Kontakt 16 kann auch so verschoben werden, daß er die Kontakte 19 -19 verbindet und damit eine Schwachstrom-Hauptverteilerleitung 21 mit z.B. 115 Volt anschaltet.

Ein Hauptschalter S2 weist Kontakte 22 und 23 auf, mit denen die an die Leitungen I3 und 14 angeschlossenen Kreise gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden können. In jeder Leitung liegt eine Schutzsicherung bekannter Bauart.

Wenn der Schalter 32 geschlossen ist und der Schalter 31 in der 220 Volt Stellung liegt, fließt der Strom von den Klemmen 11 und 12 über die Kontakte 17 - 17 zu den Hauptverteilerleitungen I3 und 18. Unter diesen Umständen wird ein Autotransformator 24, der Wicklungen L1 und L2 aufweist, über die Leitungen 13 und 18 gespeist und gibt eine Spannung von II5 V an eine Niederspannungsleitung 21 ab. Eine Kontrolllampe 27 leuchtet auf. Eine an Klemmen 3I und 32 liegende Regeleinheit 29 wird erregt.

Der Zentrifugenmotor, der durch die Klammer 33 angedeutet wird, enthält die Feldwicklungen L3 und L4 und die Ankerwicklung 34.

Das Hauptsteuerrelais wird mit der Klammer 36 angedeutet. Es enthält die Heiaisspule L5, die Arbeitskentakte 37 - 37 und 38 - 38 und die Ruhekontakte 41 - 41 und 42 - 42.

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Wenn der Schalter 32 geschlossen 1st und sich der Schalter S1 in der 220 Volt Stellung befindet, wird der Motor 33 über die Leitungen I3 und 18 durch Erregung des Relais 36 erregt, das die Kontakte 38 - 38 schließt und einen Strom durch die Steuerwicklungen L6 und L7 der sättigungsfähigen Drossel 44 treibt.

Der Anteil der 220 Volt-Spannung, der dem Motor 33 zugeführt wird, richtet sich nach dem Spannungsabfall' an den Wicklungen La und LT". Dies hängt wieder von dem durch die Steuerwicklung L8 fließenden Strom ab.

Ist dieser durch die Wicklung L8 fließende Strom hoch, wird der Eisenkern der Drossel 44 gesättigt, so daß der induktive Widerstand der Wicklungen L6 und L7 klein wird. Damit sinkt der dem Motorstrom entgegenstehende Widerstand. Dieser Zustand verkörpert somit hohe Spannung, hohes Drehmoment und maximale Beschleunigung des Motors 33·

Falls umgekehrt die Gleichstromerregung der Steuerwicklung L8 abnimmt, sinkt die Sättigung der Drossel 44 und der induktive Widerstand der Wicklungen L6 und L7 steigt. Damit sinkt die Spannung am Motor 33 und dessen Drehzahl sinkt.

Bei Anschluß der Schaltung an II5 Volt wird der Schalter 31 nach unten geschoben, so daß er die Kontakte 17-17 Öffnet und die Kontakte 19 - 19 und 46 - 46 schließt. Die letzteren liegen über dem Autotransformator 24. Unter diesen Umständen und bei geschlossenem Hauptschalter 32 viird die Wicklung L1 des Transformators 24 über die Leitung 21 mit 115]Volt gespeist. Das gleiche gilt, für die Kontrolllampe 27 und die Ge-

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schwindigkeitsregeleinehelt 29. Der Transformator 24 setzt die Spannung von II5 auf 220 Volt herauf. Somit wird der Motor aucii jetzt mit 220 .Volt gespeist.

Mit den Kontakten 46 - 46 wird ein Kondensator C1 an den Transformator 24 angeschaltet. Damit wird dessen Leistungsfaktor bei den hohen bei 115 Volt-Betrieb fließenden Strömen verbessert.

Bei beiden Betriebszustanden des Schalters S1 ist noch ein Hauptanlaßschalter S3 vorgesehen. Wenn dieser im allgemeinen offene Schalter geschlossen wird, fließt ein Strom von der Leitung I3 über die Relaisspule L5 durch die RuhekontakteS4, 35, 36, 37 und 38 und erreicht die 115 Volt-Verteilerleitung 21, Dabei wird die Wicklung L5 erregt und die Haltekontakte 37 halten das Relais 36. Über die Arbeitskontakte 38 - 38* die nun unter der Einwirkung der Wicklung L5 angeschlossen sind, wird dem Motor 33 weiter Strom zugeführt.

Zum raschen Anhalten des Motors 33 ist eine elektrische Bremse vorgesehen. Diese wird durch einen Kreis gebildet, der den Motor als Generator laufen läßt, dessen kinetische Energie in einem Widerstand in Wärme umgewandelt wird. Hierzu wird der magnetische Fluß aufrechterhalten, wozu die Feldwicklungen L3 und L4 ais eomer getremmtem Gleichstromquelle gespeist werden, während die Bürsten an den Lastwiderstand R1 angeschlossen werden .

Die vorstehend beschriebene Bremsschaltung enthält einen Schalter S9. Dieser verbindet die Leitung 21 mit einem Untersetzungs-

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transformator 28. Dieser weist eine Primärwicklung L9 und eine Sekundärwicklung L11 mit Mittelanzapfung auf. Gleichrichter D1 und D2 sind an die Sekundärwicklung angeschlossen. Über eine Hauptleitung 49 sind sie mit dem Relaiskontakt 41 verbunden.

Bei geschlossenen Schaltern 32, 39 und geschlossenen Kontakten 41 - 41 wird diese niedrige Gleichspannung den Feldwicklungen Lj3 und L4 zugeführt. Die Schalter 32, 39 und die Kontakte "41 - 41 sind dabei geschlossen, da das Realais 36 abgefallen ist. Hierbei schließen sich auch die Kontakte 42-42/ die den Lastwiderstand RI an den Anker 34 anschalten. Über der Wicklung L5 liegt eine Kontroll-Lampe 49, die anzeigt, wenn las Relais 36 erregt ist.

Die Aufeinanderfolge der Ruhekontakte S4, 35, ,6, 37 und 38 sind als Sicherheit^- und Begrenzungsschalter vorgesehen. Bei Öffnen irgendeines dieser Schalter wird das ReaUis 36 enterregt und der Motor zum· Halten gebracht. Voraussetzung hierzu ist, daß der Schalter 39 geschlossen ist. 34 ist ein fernbedienter Handschalter. 35 ist ein Hauptabstellschalter. 36 ist ein von Hand bedienbarer, programmierbarer, Zeitverzögerungs-Abstellschalter. 37 ist ein Überdrehzahlschalter, der von der Relaiswicklung L12 betätigt wird. 38 ist ein Unwucntschalter, der bei übermäßigen Schwingungen de-s Zentrifugenmotors 33 betätigt wird.

Mit 51 wird ein abtrennbarer Stecker bezeichnet, mit dem die Fernsteuereinheit 52 über das Kabel 53 mit der Regelschaltung verbunden wird.

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In der Fernsteuereinheit 52 befindet sich ein Ruhekontakt 34, bei dessen öffnen die Zentrifuge angehalten wird. Weiter ist ein Arbeitskontakt 311 vorgesehen, dessen Schließen die gleiche parallele Startfunktion wie der Schalter S3 ausführt. Schließlich ist noch eine Fernanzeige-Kontroll-Lampe 54 vorgesehen, die zur Kontroll-Lampe 49 parallel liegt. Um ein Hochlaufen des Motors 33 über eine vorgegebene Grenzdrehzahl zu verhindern und um die tatsächliche Zentrifugendrehzahl anzuzeigen, ist ein Tachometergeneiator 56 vorgesehen. Dieser ist über eine Kupplung 57 mit dem Anker 34 verbunden. Der Tachometergenerator speist zwei.Steueranlagen, nämlich eine Schaltung, die bei Höchstgeschwindigkeit abschaltet, und eine Schaltung, die die Geschwindigkeit regelt.

Der Tachometer-Generator 56 enthält einen als Permanentmagneten ausgebildeten Rotor 58, ein Ständerpaket 59 und eine Feldwicklung 61. In bestimmten Fällen wird man zwei getrennte Tachometergeneratoren verwenden, um eine 'Wechselwirkung zwischen der Drehzahl- und Überdrehzahlregelung zu verhindern.

Die Feldwicklung 61 ist an eine Überdrehzahl-Schaltung angeschlossen. Diese enthält das Drehzahl-Anzeigevoltmeter 62 mit einem Eichwiderstand R2 un1 einen Gleichrichterkreis, der aus einem Regelwiderstand RJt, einem Gleichrichter D3 und einem Siebkondensator C2 besteht. Die am Gleichrichter D3 auftreten-

to de Spannung wird der V.'icklung L12 des Überdrehzahl-Relais zuo

<° geführt. Bei einer vorgegebenen Überdrehzahl wird der Schalter 00

" S7 geöffnet, das Relais 36 fällt ab und der Motor 33 hält an.

ω ,

o⁽ Mit dem Regelwiderstand R2 wird das Voltmeter 62 auf die Dreh-

zahl des Zentrifugenmotors 33 abgestimmt. Der Regelwiderstand R3

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wird auf die vorgegebene Drehzahl des Motors 33 eingestellt, bei der der Tachometergenerator 56 der Relaiswieklung L12 soviel Spannung zuführt, daß es den Abstellschalter S7 öffnet.

Es ist Vorsorge getroffen für eine automatische Zeitprogrammierung des Betriebes der Zentrifuge. Hierzu dienen die Kontakte 63 - 63 einer Kontrolluhr 64, die von der Wicklung L1 des Autotransformators 24 gespeist wird.

Die an der Wicklung 61 des Tachometergenerators 56 auftretende Spannung wird auch doch den Rückkopplung^signalklemmen 67 und 68 der Steuereinheit 29 zugeführt.

An der Klemme 72 erscheint die Ausgangsspannung der Steuereinheit 29, die aus Gleichstromimpulsen besteht. Diese Impulse werden durch den Kondensator C3 geglättet und integriert, bevor sie der Steuerwicklung L8 der Drossel 44 zugeführt werden. Die Wechselspannung, mit der die Wicklung-L8 gespeist wird, kommt von den geschlossenen Relaiskontakten 37 " 57· Dies bedeutet, daß die Wicklung L8 bei einem Abfallen des Relais 36 stromlos wird. . .

Die Klemme 74 stellt den Massenanschluß der gesamten Schaltung dar.

Fig. 2 ist ein schematisiertes Schaltbild der Steuereinheit Diese enthält ein gittergesteuertes thermionisches Thyratron T. Die Anode ist mit 76 bezeichnet, die beiden Steuergitter mit 77, die Kathode mit 78 und der Heizfaden mit 79.

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Der Heizfaden 79 wird von der Sekundärwicklung LI3 des Transformators 81 gespeist. Die Primärwicklung L14 des Transformators ist an die Netzanschlüsse ~$\, 32 angeschlossen. Der Heizfaden 82 eines thermischen Verzögerungsrelais 83 ist ebenfalls an diesen Netzanschluß angeschlossen. Das Relais 83 betätigt einen Arbeitskontakt S12, der zwischen der Klemme 72 und der Anode 'J6 des Thyratrons T l^ggt. Damit wird die Anode erst nach einer gewissen Zeit unter Spannung gesetzt. Während dieser Zeit kann sich die Kathode 78 bis auf Emissionstemperatur erwärmen. Die Steuergitter 77 - 77 des Thyratrons T sind zusamrnengeschaltet. Der in der Anodenleitung liegende Widerstand R4 schützt vor übermäßigen Strömen.

. Die Tachometerspannung des Generators 56 wird den Klemmen 67 und 68 zugeführt. Sie wird einwellig von der Diode D4 gleichgerichtet. Diese Spannung lädt den Kondensator C4 auf; das

auf einen von der Drehzahl des Motors ^ abhängigen Wert« Die Ladespannung des Kondensators liegt auch an dem Widerstand R5. Das an der Leitung 86 liegende Potential relativ zum Potential an der Kathodenleitung 87 ist somit die algebraische Summe des an der Leitung 88 liegenden Bezu^spotentials, ausgewählt durch den Drehzahlkontrollwiderstand R6, und dem gleichgerichteten Tachometerpotential, das am Lastwiderstand R5 erscheint. Das an der Leitung 86 liegende Potential ist somit das Fehlersignal eines geschlossenen Rückkopplungssystems.

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Wegen des Hochohmwiderstandes R7 liegen die Gitter 77 - 77 des

n> Thyratrons T im allgemeinen auf einem positiven Potential. Da ° die Gitter 77 - 77 jedoch bei einem Zünden des Thyratrons Strom

J₀ ziehen, liegt dieses Potential nur wenige Volt über dem Kathodenpotential. Ein Widerstand RS begrenzt den Gitterstrom.

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Das Bezugspotential auf der Hauptleitung 88, die am Schleifer des Potentiometers R6 angeschlossen ist, läßt sich zwischen etwa - 6 Volt bis + 47 Volt relativ zu der Kathodenleitung 87 verstellen.

Die Spannung von - 6 Volt wird der Hauptleitung 89 über die Diode D5 zugeführt, die die von den Klemmen 3I> 32 abgenommene Spannung gleichrichtet und über einen Widerstand R9 einem 3iebkondensator C5 z.ileitet. Eine sechs Volt-Zenerdiode D6 hält dann die Hauptleitung 89 auf der angegebenen Spannung von -6 Volt, Dies erfolgt unabhängig von Netzspannungssehwankungen.

Auf ähnliche Weise wird die Spannung von + 47 Volt der Hauptleitung 91 durch die Diode D7 zugeführt, die die Netzspannung gleichrichtet und über einen Widerstand RH einem Siebkondensator C6 zuleitet. Eine 47 Volt-Zenerdio le DB hält die Hauptleitung 91 auf dem genannten Potential von + 47 Volt, wieder unabhängig vnn Netzspannungsjchniaikungen.

Wird das Potential auf der Hauptleitung 36 negativ, da das Tachometersignal die Einstellung am V/iderstand Ro übersteigt, wird die Diode D9 leitend und überwindet wegen des niedrigeren Widerstandes der Widerstände R5 und R6 die über den v/ilerstand R7 zugeführte positive Vorspannung. Als Folge hiervon v;erden die Gitter 77 - 77 auf negatives Potential gebrückt. Dies erfordert zum Zünden des Thyratrons T eine höhere Anodenspannung, das das Potential auf der Leitung 86 progressiv negativer wird. Der Kondensator CJ dient als Integrator und glättet die Übertragungsfunktinn der Rückkopplungsschleife.

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Die unabhängige Punktion des Drehzahlreglers bzw. Potentiometers Ro führt von der Tatsache her, daß die Zsnerdiode D6 die .Spannung an einem Ende des Potentiometers und die Zenerdiode DS die Spannung am anderen Ende des Potentiometers überwacht. Die Drehzahleinstellung für den Motor J53 ist daher unabhängig von der Eingangsspannung wirksam, da der Tachometergenerator die Regelung in Zusammenwirkung mit der stabilisierten Bezugsspannung vornimmt, die am Potentiometer R6 eingestellt wird.

Fig. 3 zeigt schematisch die vorstehend erläuterte Wirkung der negativen Spannung. Die an die Anode J6 des Thyratrons T angelegte*"V/echselspannung ist mit 92 bezeichnet. Die Zeitabschnitte, während denen das Thyratron T lej-tet, sind schraffiert. Bei gegebener negativer Vorspannung der Gitter 77 - 77 beginnt die Leitung erst dann, wenn die Anodenspannung bis zur Potentiallinie 9/3 angestiegen ist. Bei einem .-nheben dieser Potentiallinie verringert sich die Leitfähigkeit und damit der Durchschnitts· wert des der Drossel 44 zugeführten Steuerstromes, bis das Thyratron, z.B. bei -4 Volt, vollständig sperrt und die Leitung endet.

Die Geschwindigkeit, mit der diese Modulation der Motorantriebsspannung vor sich geht, hängt von der Einstellung des Drehzahlpotentiometers R6 ab, da sieh dieses Bezugspotential dem gleichgerichteten Taehoineterpotenti al entgegenstellt.

Bis sich die Motordrehzahl der am Potentiometer R6 eingestellten Solldrehzahl eng annähert, hält die von dem Widerstand R7 angegebene positive Vorspannung das Thyratron T in voller Leit-'fähigkeit, wodurch die Impedanz der Drossel 44 herunterge-

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setzt wird, so daß der Motor seine größte Beschleunigung zeigen aknn.

Pig. 4 zeigt eine Schar von Beschleunigungskurven, die bei den bekannten Schaltungen auftreten, bei denen der Steuerwicklung L8 der Drossel 44 ein fest eingestellter Strom zugeführt wird. Eine Solldrehzahl der Zentrifuge von 10 000 n/min, wird in etwa 3 Minuten erreicht. Niedrigere Geschwindigkeiten werden jedoch erst in zunehmend länger werdenden Perioden erreicht. Eine Solldrehzahl von 3000 n/min, zum Beispiel wird nicht vor 6 Minuten erreicht. Der Motor 33 benötigt eine übermäßige lange Zeit, um auf die Solldrehzahl zu kommen, die in voraus durch die Einstellung des festen Erregerstromes für die Wicklung L8 bestimmt wird. Dies liegt daran, daß niedrige Geschwindigkeiten bei den konventionellen Regelungen mit niedrigen Beschleunigungen verbunden sind.

Pig. 5 zeigt das verbesserte Verhalten, das sich erfindungsgemäß erreichen läßt. Hier läuft der Motor unabhängig von der gewählten Enddrehzahl mit maximaler Beschleunigung hoch, bis die in Fig. 3 gezeigte Modulationswirkung zum Zugekommt.. Dabei wird dann das abgerundete Knie jeder Kurve angehoben, während es sich seinem Niveau konstanter Drehzahl nähert. Die dargestellten Zeiten erläutern die erzielte Zeitersparnis.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist wie folgt;

Der Schalter S1 befindet sich sin der richtigen Stellund und der Hauptschalter 32 ist geschlossen. Bei geschlossenem Schalter 32 werden die Klemmen 31, 32 der Regeleinheit 2Q unter

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Spannung gehalten und der Heizer 82 des Relais 83 heizt auf, und der Schalter 312 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Relais 36 entweder durch den Schalter S3 oder den Schalter S11 in Erregungslage gehalten. Beim Schließen der Kontakte 38 - 38 des Relais 36 erhält der Motor 33 über die Drossel 44 und die Leitungen I3 und 18 Spannung. Da die Spannung des Tachometergenerators 56 anfänglich noch nicht an den Klemmen 67 - 68 der Regeleinheit 29 auftritt, ist das Thyratron T voll leitend und die Impedanz der Drossel 44 befindet sich auf einem Minimum. Unter diesen Bedingungen erhöht der Motxr 33 seine Drehzahl mit maximaler Beschleunigung, bis die am Widerstand W> auftretende Tachometerspannung dem Potential gleich wird, das mit dem Potentiometer R6 eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Rückkopplungsschleife, die den Motor 33* den Tachometergenerator 56, die Regeleinheit 29 und die Drossel 44 enthält, den dieser Drossel 44 zugeführten Strom durch Modulation zu verkleinern, so daß die Drosselimpedanz steigt und die Motordrehzahl auf den Sollwert begrenzt wird.

Bei geschlossenem Brensschalter S9 wird das Relais 36 bei Handbetätigung der Abstellschalter S4 oder S5 oder bei automatischem öffnen irgendeiner der Schalter 36_} 37 oder 38 oder bei öffnen der Kontakte 63 - 63, wenn der Handschalter 36 offen ist, zum Abfallen gebracht. Dadurch wird die Spannung vom Motor 33 weggenommen. Bei Schließen der Kontakte 41 - 41 und 42 - 42 wird der Motor 33 zum Generator umgeschaltet. Seine mechanische Energie wandelt sich dann in Wärme um und heizt den Lastwiderstand R1 auf, so daß de-r Motor 33^ schnell bis zum Anhalten abgebremst wM.

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In einer ancferen und manchmal bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die in Fig. 2 gezeigte Schaltung durch die Schaltung nach Fig. 6 ersetzt, die eine Rückkopplung mit Festkörperelementen zeigt. Das Thyratron T wird durch einen gesteuerten Siliciumgleichrichter 101 ersetzt, der eine Anode 102, eine Kathode 10p und ein mit der Leitung 104 verbundenes Gitter aufweist. Die Anode 102 ist an die Klemme 72 angeschlossen. Die an den Klemmen 6j und 68 auftretende Tachometerspannung wird durch den Vollweggleiehrichter 106 gleichgerichtet und einem Ladekondensator 107 zugeleitet. Hier entsteht somit eine von der Drehzahl des Motors 33 abhängige Spannung.

Diese Spannung wird algebraisch zu der Bezugsspannung addiert, die sich aus der Einstellung des Potentiometers 108 ergibt. Der Schleifer des Potentiometers 108 ist mit einem Pol des Gleichrichters 106 verbunden. D s Potential auf ier Hauptleitung 111, die an den anderen Pol des Gleichrichters angeschlossen ist, ist somit das Stellsignal einer geschlossenen Rückkopplungsschleife. Es ist noch ein Transistor 112 vorgesehen, dessen Basis an die Leitung 111, dessen Slitter an die Leitung 1Oy und dessen Kollektor an die Leitung 104 angeschlossen ist. Dar Transistor 112 verstärkt das Stellsignal. Der Transistorstrom v/ird dem Tor 101 zugeführt. Über den Widerstand .123'wird- das Gitter des Tors 101 zugeführt. Über den Widerstand 123 v/ird" das Gitter des Tors 101 im allgemeinen auf Kathoienpotential gehalten. Das Tor 101 befindet sich somit ±n allgemeinen im nichtleitenden Zustand.

In Abhängigkeit von einem'auf der Leitung 111 auftretenden

ransist or 112 1e i

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Stellsignal wird der Transistor 112 leitend und liefert an sei-

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nem Kollektor einen positiven Impuls. Dieser Impuls wird durch den Widerstand 11J begrenzt. Der Impuls wird dem Kondensator 114 zugeführt, der zwischen der Leitung 104 und der Leitung 116 liegt. Die letztere ist an die Kathode 103 des Tors 101 angeschlossen. Der Kondensator 114 lädt sich bis auf eine durch die Zündspannung der Diode 117 bestimmte Spannung auf, die in der Leitung 104 liegt, und damit das Tor 101 anschaltet. Dieses verbleibt dann für den Rest der Periode im leitenden Zustand.

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Die am Schleifer des Potentiometers 108 abgreifbare Bezugsspannung fet zwischen Null und einem Wert einstellbar, der durch die Zenerdiode 1i8 bestimmt wird. Diese liegt parallel zu dem Potentiometer und wird über die Diode, 119 und den Vorwiclerstand 121 von der Netzklemme 32 gespeist. Auf diese Weise wird die an der Zenerdiode und damit die an dem Potentiometer 108 liegende Spannung auch bei starken Netzschwankungen konstant gehalten. '

Bei starker Annäherung der Motordrehzahl an die Solldrehzahl setzt die Taöhoineterspannung das auf der Leitung 111 stehende Signal herab. In Zusammenwirkung mit dem an dein Widerstand auftretenden Spannungsabfall wird der Transistorstrom moduliert. Diese Kodulatioh wirkt sieh in einer Erhöhung der Ladezeit des Kondensators 114 aus, bis sich dieser bis zum Zünden der Diode 117 aufgeladen hat.

Nähert sich die Motordrehzahl weiter der Solldrehzahl, wird das Tor 101 in jeder Periode später und später leitend, bis bei der Solldrehzahl selbst ein Gleichgewichtszustand erreicht

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*° U63641

Der Vorteil, der durch die Verw ndung von Festkörperschaltelementen gegeben wird, liegt darin, daß solche Elemente keine Aufwärmzeit benötigen. Bei gleicher Leistung vereinigen
sie größere Zuverlässigkeit mit geringerem Raumbedarf als
Elektronenröhren.

Patentansprüche

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BAD ORIGINAL

Claims

Dr. Ing. E. BERfCENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlofle Aktenzeichen P 1 4 6j5 641.0

zur Eingabe vom Name d. Anm. I Van

Patentansprüche

1./ Regelschaltungsanordnung für einen Reihenschlußmotor, bei der eine eine Steuerwicklung aufweisende sättigungsfähige Drossel mit dem Motor in Reihe und an Netzspannung liegt, mit einem an den Motor angeschlossenen Tachogenerator, mit einer eine einstellbare Bezugsspannung liefernden Bezugsspannungsschaltung und mit auf die Differenz zwischen der Tachogeneratorspannung und der Bezugsspannung ansprechenden Steuermitteln, deren Ausgangsspannung als Regelspannung der Steuerwicklung der Drossel zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

die 3ezugs3pannungsschaltung eine Zenerdiode (D6) und eine Zener- -liods (d8) enthält, die Zenerdioden (d6,D8) über Reihenwiderstände (U9, R1ι) mit verschiedener Durchlaßrichtung an einer gleichgerichteten Spannung liegen, zwischen den Verbindungspunkten der Zenerdioden (d6,D8) und den Reihenwiderständen (R9,R11) ein Potentiometer (Ro) liegt, die von dessen Schleifer (ö3) abgreifbare sta-Lilioierte Bfjzugsspannung mit der Tachogeneratorausgangaspannung •id U .-rt und diese Summen spannung dem Steuermittel (T, 101) zugeführt wird.

'<'. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß das Steuermittel (T) ein Thyratron ist.

J. Schaltungsanordnung nach Anspitch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der Steuerwicklung (L8) der sättigungofähigen Drossel ein Kondensator (CT3) liegt.

4, Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen am Gitter (77) des Thyratrons (77) liegenden Widerstand (R7) sum Erzeugen einer durch den Gitterafcrom bedington positiven Vorspannung.

5. schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel ein gesteuerter Gleichrichter (101 ist.

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